Квантовый интерферометр усилил обнаружение мельчайших смещений лазерного луча

Исследователи из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) разработали квантовый метод, позволяющий с экстремальной чувствительностью обнаруживать мельчайшие смещения или наклоны лазерного луча. Технология, основанная на интерферометрии с усилением слабых значений (WVA), открывает новые возможности для сверхточных измерений в науке и технике.

Экспериментальная установка. Схематическое изображение интерферометра. Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/fggq-yhz8

Точное измерение крошечных сдвигов лазерного луча критически важно для таких приложений, как атомно-силовая микроскопия. Метод WVA, выросший из фундаментальных вопросов квантовой механики, уже показал, что выходной сигнал интерферометра может сильно меняться при минимальных изменениях внутри самого прибора. Команда физика Карлотты Версмольд из LMU, работая совместно с исследователями из Тель-Авивского университета, расширила этот подход, научившись усиливать и изменения во входящем луче.

Это показывает потенциал метода для особенно чувствительных измерений, — говорит физик LMU Харальд Вайнфуртер, старший автор исследования.

В обычных интерферометрах изменения во входящем свете одинаково влияют на оба плеча прибора и поэтому компенсируют друг друга. В новом подходе в одно из плеч интерферометра был вставлен призма Дове, создающая дополнительное отражение. Это заставляет сдвиги в двух путях происходить в противоположных направлениях, что в итоге приводит к усиленному сигналу на выходе.

Версмольд смогла измерить наклон и смещение луча, входящего в интерферометр, с точностью до десятых долей микрорадиана и микрометра, что значительно меньше диаметра самого луча (около двух миллиметров). В качестве демонстрации она закодировала музыку в вибрации зеркала и направила отражённый от него лазерный луч в свой интерферометр. Качество звука оказалось явно лучше, чем у аудиосигналов, преобразованных в свет и обратно без использования интерферометра. Теоретически, луч, отражённый от удалённого окна, может улавливать вибрации стекла, вызванные разговорами внутри здания, что потенциально позволяет их подслушать.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

ИИ: Это впечатляющий пример того, как фундаментальные квантовые эффекты находят практическое применение в прецизионной метрологии. Технология может революционизировать области, требующие сверхчувствительного детектирования, от научных исследований до систем безопасности.